- O que é MIMO?
Nesta era de interconectividade, os telefones celulares, como a janela para nos comunicarmos com o mundo exterior, parecem ter se tornado parte de nossos corpos.
Mas o celular não pode navegar na internet sozinho, a rede de comunicação do celular tornou-se tão importante quanto a água e a eletricidade para os seres humanos.Quando você navega na internet, não sente a importância desses heróis dos bastidores.Depois de sair, você sente que não pode mais viver.
Houve um tempo, a internet dos telefones celulares era cobrada pelo tráfego, a renda da pessoa média é de algumas centenas de moedas, mas 1MHz precisa gastar uma moeda.Assim, ao ver o Wi-Fi, você se sentirá seguro.
Vamos ver como é um roteador sem fio.
8 antenas, parece aranhas.
O sinal pode atravessar duas ou mais paredes?Ou a velocidade da internet vai dobrar?
Esses efeitos podem ser alcançados por um roteador, e é alcançado com muitas antenas, a famosa tecnologia MIMO.
MIMO, que é Multi-input Multi-output.
É difícil imaginar isso, né?O que é Multi-input Multi-output, como as antenas podem alcançar todos os efeitos?Quando você navega na internet por meio de um cabo de rede, a conexão entre o computador e a internet é um cabo físico, obviamente.Agora vamos imaginar quando usamos antenas para enviar sinais pelo ar usando ondas eletromagnéticas.O ar age como um fio, mas é virtual, um canal para transmissão de sinais chamado canal sem fio.
Então, como você pode tornar a internet mais rápida?
Sim você está certo!Pode ser resolvido com mais algumas antenas, mais alguns fios virtuais juntos para enviar e receber dados.MIMO é projetado para o canal sem fio.
O mesmo que roteadores sem fio, estação base 4G e seu telefone celular estão fazendo a mesma coisa.
Graças à tecnologia MIMO, totalmente integrada ao 4G, podemos experimentar a velocidade mais rápida da Internet.Simultaneamente, o custo das operadoras de telefonia móvel reduziu significativamente;podemos gastar menos para experimentar uma velocidade de internet mais rápida e ilimitada.Agora podemos finalmente nos livrar de nossa dependência do Wi-Fi e navegar na internet o tempo todo.
Agora, deixe-me apresentar o que é MIMO?
2.Classificação MIMO
Em primeiro lugar, o MIMO que mencionamos anteriormente refere-se ao aumento significativo da velocidade da rede no download.Isso porque, por enquanto, temos uma demanda muito maior por downloads.Pense nisso, você pode baixar dezenas de vídeos em GHz, mas carregar principalmente apenas alguns MHz.
Como o MIMO é chamado de múltiplas entradas e múltiplas saídas, múltiplos caminhos de transmissão são criados por múltiplas antenas.Obviamente, a estação base não apenas suporta transmissão de múltiplas antenas, mas o telefone celular também precisa atender à recepção de múltiplas antenas.
Vamos verificar o seguinte desenho simples: (Na verdade, a antena da estação base é enorme e a antena do celular é minúscula e escondida. Mas mesmo com capacidades diferentes, elas estão nas mesmas posições de comunicação.)
De acordo com o número de antenas da estação base e dos telefones celulares, pode ser dividido em quatro tipos: SISO, SIMO, MISO e MIMO.
SISO: Entrada Única e Saída Única
SIMO: Entrada única e saída múltipla
MISO: Entrada Múltipla e Saída Única
MIMO: Saída Múltipla e Saída Múltipla
Vamos começar com o SISO:
A forma mais simples pode ser definida em termos MIMO como SISO – Single Input Single Output.Este transmissor opera com uma antena como des do receptor.Não há diversidade e nenhum processamento adicional é necessário.
Existe uma antena para a estação base e outra para o telemóvel;eles não interferem entre si — o caminho de transmissão entre eles é a única conexão.
Não há dúvida de que tal sistema é muito frágil, é uma estrada pequena.Qualquer situação inesperada representará uma ameaça direta às comunicações.
O SIMO é melhor porque a recepção do telefone é melhorada.
Como você pode ver, o celular não pode mudar o ambiente sem fio, então ele muda a si mesmo – o celular adiciona uma antena a si mesmo.
Desta forma, a mensagem enviada da estação base pode chegar ao celular de duas maneiras!Só que ambos vêm da mesma antena da estação base e só podem enviar os mesmos dados.
Como resultado, não importa se você perder alguns dados em cada rota.Enquanto o telefone puder receber uma cópia de qualquer caminho, mesmo que a capacidade máxima permaneça a mesma em cada rota, a probabilidade de receber dados com sucesso dobra.Isso também é chamado de diversidade de recepção.
O que é MISO?
Em outras palavras, o celular ainda tem uma antena e o número de antenas na estação base é aumentado para duas.Neste caso, os mesmos dados são transmitidos das duas antenas transmissoras.E a antena do receptor é capaz de receber o sinal ideal e os dados exatos.
A vantagem de usar o MISO é que as múltiplas antenas e os dados são movidos do receptor para o transmissor.A estação base ainda pode enviar os mesmos dados de duas maneiras;não importa se você perder alguns dados;a comunicação pode prosseguir normalmente.
Embora a capacidade máxima permaneça a mesma, a taxa de sucesso da comunicação dobrou.Este método também é chamado de diversidade de transmissão.
Finalmente, vamos falar sobre MIMO.
Há mais de uma antena em cada extremidade do link de rádio, e isso é denominado MIMO – Multiple Input Multiple Output.O MIMO pode ser usado para fornecer melhorias tanto na robustez do canal quanto na taxa de transferência do canal.A estação base e o lado móvel podem usar duas antenas para enviar e receber independentemente, e isso significa que a velocidade é dobrada?
Dessa forma, existem quatro rotas de transmissão entre a estação base e o celular, o que parece ser bem mais complicado.Mas, com certeza, como a estação base e o lado do telefone celular têm 2 antenas, ele pode enviar e receber dois dados simultaneamente.Então, quanto o aumento da capacidade máxima do MIMO se compara a um caminho?Da análise anterior de SIMO e MISO, parece que a capacidade máxima depende do número de antenas em ambos os lados.
Os sistemas MIMO são geralmente como A*B MIMO;A significa o número de antenas da estação base, B significa o número de antenas de telefonia móvel.Pense em 4*4 MIMO e 4*2 MIMO.O que você acha que a capacidade é maior?
4*4 MIMO pode enviar e receber 4 canais simultaneamente, e sua capacidade máxima pode chegar a 4 vezes a do sistema SISO.4*2 MIMO só pode atingir 2 vezes o sistema SISO.
Esse uso de várias antenas e diferentes caminhos de transmissão no espaço de multiplexação para enviar várias cópias de dados diferentes em paralelo para aumentar a capacidade é chamado de multiplexação por divisão de espaço.
Então, pode a capacidade máxima de transmissão no sistema MIMO?Vamos ao teste.
Ainda tomamos como exemplo a estação base e o celular com 2 antenas.Qual seria o caminho de transmissão entre eles?
Como você pode ver, os quatro caminhos passam pelo mesmo desvanecimento e interferência e, quando os dados chegam ao celular, eles não conseguem mais se distinguir.Isso não é o mesmo que um caminho?Neste momento, o sistema 2*2 MIMO não é o mesmo que o sistema SISO?
Da mesma forma, o sistema MIMO 2 * 2 pode degenerar em SIMO, MISO e outros sistemas, o que significa que o multiplex de divisão de espaço é reduzido à diversidade de transmissão ou diversidade de recepção, a expectativa da estação base também degenerou de perseguir alta velocidade para garantindo a taxa de sucesso de recebimento.
E como os sistemas MIMO são estudados usando símbolos matemáticos?
3.O segredo do canal MIMO
Os engenheiros adoram usar símbolos matemáticos.
Os engenheiros marcaram os dados das duas antenas na estação base como X1 e X2, os dados das antenas do celular como Y1 e Y2, os quatro caminhos de transmissão foram marcados como H11, H12, H21, H22.
É fácil calcular Y1 e Y2 dessa maneira.Mas às vezes, a capacidade de 2*2 MIMO pode atingir o dobro de SISO, às vezes não pode, às vezes até se tornar o mesmo que SISO.Como você explica isso?
Esse problema pode ser explicado pela correlação de canal que acabamos de mencionar – quanto maior a correlação, mais difícil é distinguir cada caminho de transmissão no lado móvel.Se o canal for o mesmo, as duas equações se tornam uma, então só há uma maneira de transmiti-lo.
Obviamente, o segredo do canal MIMO está no julgamento da independência do caminho de transmissão.Ou seja, o segredo está em H11, H12, H21 e H22.Os engenheiros simplificam a equação da seguinte maneira:
Os engenheiros tentaram simplificar o H1, H12, H21 e H22, por meio de algumas alterações complexas, a equação e, eventualmente, convertidos na fórmula.
Duas entradas X'1 e X'2, multiplique λ1 e λ2, você pode obter Y'1 e Y'2.O que significam os valores de λ1 e λ2?
Há uma nova matriz.Uma matriz com dados em apenas uma diagonal é chamada de matriz diagonal.O número de dados diferentes de zero na diagonal é chamado de posto da matriz.Em 2*2 MIMO, refere-se aos valores diferentes de zero de λ1 e λ2.
Se a classificação for 1, significa que o sistema MIMO 2*2 é altamente correlacionado no espaço de transmissão, o que significa que o MIMO degenera para SISO ou SIMO e só pode receber e transmitir todos os dados ao mesmo tempo.
Se a classificação for 2, o sistema possui dois canais espaciais relativamente independentes.Ele pode enviar e receber dados ao mesmo tempo.
Então, se o rank é 2, a capacidade desses dois canais de transmissão é o dobro de um?A resposta está na razão de λ1 e λ2, também chamada de número condicional.
Se o número condicional for 1, significa que λ1 e λ2 são iguais;eles têm alta independência.A capacidade do sistema 2*2 MIMO pode atingir o máximo.
Se o número condicional for maior que 1, significa que λ1 e λ2 são diferentes.No entanto, existem dois canais espaciais e a qualidade é diferente, então o sistema colocará os principais recursos no canal com melhor qualidade.Desta forma, a capacidade do sistema 2*2 MIMO é 1 ou 2 vezes do sistema SISO.
No entanto, a informação é gerada durante a transmissão espacial após a estação base enviar os dados.Como a estação base sabe quando enviar um canal ou dois canais?
Não se esqueça, e não há segredos entre eles.O telefone celular enviará seu estado de canal medido, a classificação da matriz de transmissão e sugestões para pré-codificação para a estação base para referência.
Neste ponto, acho que podemos ver que o MIMO acaba sendo uma coisa dessas.
Horário de postagem: 20 de abril de 2021